Interparticle Potential Energies in Na-Montmorillonite Clay Suspensions

Abstract

The small angle X-ray scattering data obtained in an earlier investigation of a series of Na-montmorillonite clay samples containing varying concentrations of sodium metaphosphate have been used to calculate the potential energy φ(x) of the interaction between two isolated parallel clay platelets separated by a distance x. All φ(x) curves have the form expected for Na-montmorillonite. In each curve there is a potential well for a platelet separation approximately equal to the most probable separation distance determined in the earlier study. Because the depth of the potential well is of the order of 0·01 eV for all samples, the attractive forces are relatively weak. While the calculated φ(x) functions are not highly accurate, in future investigations precautions can be taken to increase the reliability of the computed potential energy functions. This preliminary study suggests that determination of φ(x) from small angle X-ray scattering data can be a useful method for quantitative study of interparticle forces in Na-montmorillonite clays.

Résumé

Les données de dispersion des rayons X à petit angle obtenues dans une étude précédente d’une série d’echantillons d’argile Na-montmorillonite contenant des concentrations variables de métaphosphate de sodium ont été utilisées en vue de calculer l’énergie en puissance φ (x) de l’interaction entre deux platelets isolés et parallèles d’argile. séparés par la distance x. Toutes les courbes φ(x) ont la forme que l’on attend du Na-montmorillonite. Dans chaque courbe il existe un puits potentiel pour la séparation de platelets à peu près égal à la distance de séparation la plus probable déterminée selon l’étude précédente. Etant donné que la profondeur du puits potentiel est de l’ordre de 0,01 eV pour tous les échantillons, les forces d’attraction sont relativement faibles. Tandis que les fonctions calculées de φ (x) ne sont pas hautement précises, on pourra-dans le cas d’études ultérieures-prendre des précautions en vue d’augmenter la précision des fonctions d’énergie potentielle calculées. Cette étude préliminaire suggère que la détermination de φ (x) 11 partir des données de dispersion des rayons X à petit angle pe ut présenter une methode utile pour une etude quantitative des forces inter-particule dans les argiles Na-montmorillonite.

Kurzreferat

Die bei einer früheren Untersuchung einer Reihe von Na-Montmorillonittonproben mit verschiedenen Konzentrationen an Natriummetaphosphat mit kleinwinkliger Röntgenstrahlung erhaltenen Streuungsdaten wurden verwendet urn die Potentialenergie φ (x) der Wechselwirkung zwischen zwei, durch eine Distanz x von einander getrennten, parallelen, Tonplättchen zu berechnen. Alle die φ (x) Kurven haben die für Na-Montmorillonit erwartete Form. Injeder Kurve besteht eine Potentialvertiefung entsprechend einer Plättchendistanz, die ungefähr der in der früheren Untersuchung bestirnrnten Trennungsdistanz gleich ist. Da die Tiefe der Potentialvertierung bei allen Pro ben in der Grössenordnung von 0,01 e V liegt, sind die Anziehungskrärte verhältnismässig schwach. Die errechneten φ(x) Funktionen sind zwar nicht sehr genau, doch sollte es in zukünftigen Untersuchungen möglich sein Massnahrnen zu treffen urn die Zuverlässigkeit der errechneten Potentialenergiefrunktionen zu erhöhen. Diese vorläufige Untersuchung zeigt, dass die Bestirnrnung von φ (x) aus kleinwinkligen Röntgenstreungsdaten eine brauchbare Methode für eine quantitative Untersuchung der Zwischenteilchenkräfte in Na-Montrnorillonittonen darstellen kann.

Резюме

Данные о распространении рентгеновских лучей под малым углом, полученные в ходе проведенного в прошлом исследования образцов Ыа-монмиориллонитовых глин, содержащих различные концентрации метафосфата натрия, применялись, чтобы высчитать потенциальную энергию Ф(Х) взаимоотношения между двумя выделенными параллельными глинистыми пластинками, отделенными расстоянием х. Все кривые Ф(х) имеют форму, которая предвидится для Na-монтмориллонита. В каждой кривой имеется потенциальная яма для отделения пластинок, которая прибл. равна наиболее правдоподобному расстоянию разделения, определенному в более предыдущем исследовании. Силы притяжения сравнитель¬но слабы из-за того, что глубина потенциальной ямы порядка 0,01 эβ для всех образцов. В то время как вычисленные функции Ф{х) не есть очень точными, в будущих исследованиях можно будет принять меры предосторожности для повышения надежности вычисленных функций потенциальной энергии. Настоящее предварительное исследование наводит на мысль, что определение Ф(х) на основании данных распространения рентгеновских лучей под малым углом, может быть полезным методом для количественного исследования межчастичных сил в Nа-монтмориллонитовых глинах.